现代社会对电力供应的可靠性要求越来越高，电力系统运行的稳定性问题始终是电力网络的安全可靠运行的关键性问题。提高电力系统运行稳定性的最经济和最有效的手段之一是改善电力系统中控制系统的控制性能，而改善电力系统控制性能的最有效的手段之一是控制理论技术的提高与控制方法的改进。因此，伴随着控制理论与控制技术的发展，一些相应的现代控制理论和设计方法被相继应用于电力系统控制设计中，从线性系统的最优控制理论到非线性系统的基本设计理论，从精确的非线性系统设计方法到考虑系统不确定性的鲁棒控制设计方法，各种先进控制理论的使用逐步提高了电力系统的暂态稳定水平。然而，电力系统中控制系统的结构却变得越来越复杂，而且控制器中可调参数也逐渐失去了明显的物理意义。
近年来，在控制工程领域，如何利用系统本身的固有特性去设计简单易行的控制系统的研究，已在工程界和控制理论界日益受到重视。人们希望在系统设计中所选取的能量函数能够更多地反映有关系统内部结构以及动态特性的信息，希望所设计的控制器结构简单，所调整参数具有明显的物理意义，系统中有利的特性能够被充分利用等。由于基于能量的方法在控制器设计过程中可以充分利用物理系统的结构和特性，理论和实践又都表明用此方法设计的控制系统具有很好的稳定性和动态特性，且控制器简单易行，因此，该方法备受工程界的欢迎和研究者的重视。
鉴于此，本书作者在基于能量函数的控制设计及电力系统的稳定性和非线性鲁棒控制上作了多年的研究工作，并积累了一些研究成果。现在，意图通过此书，将基于能量函数的设计理论方法和多年来在电力系统基于此方法的控制方面的研究成果奉献给致力于该领域研究的读者，使大家能够清晰完整地了解、充分地利用物理系统结构和特性的基于能量函数的设计方法，并通过对实际电力系统各类关键设备的基于能量函数的控制器设计，为使用先进的控制理论解决实际工程问题提供参考和借鉴。
本书主要介绍基于动态系统能量函数的非线性鲁棒控制设计方法及其在电力系统中的应用。全书的内容分为两部分。第一部分（第1~4章）主要介绍有关基于能量函数的控制器设计的一些基础知识。第1章是一个综述，介绍系统能量存储函数和动态特性的相互关系、系统不确定性的描述、鲁棒控制的概念、拉格朗日系统和哈密尔顿系统的基本结构特征以及电力系统的控制和稳定性的内涵和外延。第2章介绍非线性系统控制理论的基础知识，包括系统的状态空间描述、非线性系统的两种线性化方法介绍，以及系统稳定性和耗散性的定义与判别。第3章主要介绍基于能量函数的控制器的基本设计方法、拉格朗日系统和哈密尔顿系统的基于能量函数的设计以及能量平衡与函数整形的基本设计理论。第4章讲述基于能量函数的鲁棒控制器的设计方法，主要介绍考虑系统存在的各种不确定性时，如何使用基于能量函数的方法设计鲁棒自适应镇定或干扰抑制控制器。第二部分（第5~10章）主要介绍以第一部分的设计理论为基础，根据电力系统的结构特征所进行的基于能量函数的励磁、调速、FACTS等各类关键设备的控制器的设计。第5章为励磁控制器设计。第6章是调速控制器设计。第7章是关于同时考虑励磁和调速控制时，如何利用能量函数的设计方法进行励磁调速协调控制器设计。第8章是柔性交流输电系统控制器设计。第9章是高压直流输电系统中直流调制控制器的设计。第10章介绍多机情况下电力系统各类关键设备基于能量函数的控制器设计。第5章至第10章的结构安排如下： 首先给出系统的数学模型介绍； 然后介绍基于能量函数基本设计方法的控制器设计； 再利用能量整形的方法提高控制系统的暂态稳定性，并利用直接补偿机械阻尼的能量整形设计方法，更有效地提高系统的动态性能，且使控制器简单易实现； 最后考虑基于能量函数的鲁棒控制器设计。对于每一种基于能量函数的设计方法，都给出了相应的仿真研究结果，用以比较说明各种设计方法的有效性。
本书可以作为自动控制和电气工程专业的研究生教材，也可作为从事上述专业的科研人员和工程技术人员的参考书。本书第一部分，对基于系统能量函数的控制设计方法从必要的数学基础、基本的物理概念到基本的设计思想与到鲁棒自适应控制的扩展设计方法，自成体系。第二部分针对实际电力系统的物理结构特征，系统地给出了基于能量函数的控制设计方法在电力系统各种控制器设计中的应用，各章也相对独立完整。因此，读者可以根据所需对章节进行取舍，而又不失知识的完整性。
本书第1章至第4章的内容由申铁龙博士主笔，第5章至第7章由焦晓红博士主笔，第8章至第10章由孙元章博士主笔。全书最后由孙元章博士统一定稿。
本书的主要内容为笔者在此研究方向上的多年研究成果，这些研究工作曾得到国家自然科学基金重大项目“电力系统广域安全防御基础理论及关键技术研究”和国家973计划项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”的资助，作者借此机会谨向多年来资助我们研究工作的国家自然科学基金委员会表示深切的感谢。同时，这些研究成果中还包括笔者所带博士生、硕士生们的学位论文研究成果，也对他们的工作深表谢意。
此外，还要感谢清华大学出版社责任编辑为本书的出版所做的工作和提供的诸多重要帮助。
笔者学识疏浅，疏漏和错误在所难免，敬请读者和专家批评指正。
